3. lecke. Az APA elektromechanikus kormányberendezés villamos és elektronikai egységei

iDevice ikon A lecke célja
Az elektromechanikus kormányberendezés felépítésének, működésének és jeladóinak megismerése.

iDevice ikon Követelmények
A hallgató legyen képes
  • szabadkézi rajzot készíteni az optokapus szögjeladóról, és az alapján elmagyarázni, hogyan érzékeli a szöghelyzetet és a kormány fordulatszámát,
  • felsorolásból kiválasztani, mi a feladata a kormánynyomaték jeladónak,
  • ábra alapján elmagyarázni a nyomaték-jeladó működését,
  • felsorolásból kiválasztani, mi biztosítja a rásegítő motor nyugodt járását,
  • felsorolásból kiválasztani, hogyan szabályozza az informatikai egység a PMSM által előállított rásegítő nyomatékot
  • felsorolásból kiválasztani, mi alapján határozza meg az informatikai egység a PMSM fordulatszámát.

iDevice ikon Időszükséglet
A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.

iDevice ikon Kulcsfogalmak
  • optoelektronikus abszolút jeladó,
  • optoelektronikus inkrementális jeladó,
  • nyomaték-jeladó,
  • állandó mágneses szinkron motor.

iDevice ikon 3.1 A szögjeladó
Tevékenység:
  • Tanulja meg lerajzolni az 1. ábra baloldali részét!
  • A rajz alapján fogalmazza meg az optokapus szögjeladó működési elvét, jegyezze meg, mi a szerepe az abszolút és az inkrementális tárcsának!
A kormányoszlopon, a kormánykerék alatt helyezkedik el, belsejében van a légzsák patron tekercsrugója, amelyen a légzsák a gyújtóáramot kapja.

Optoelektronikus elven működő inkrementális és abszolút szöghelyzetadó van a jeladóba építve. A szöghelyzetet az optoelektronikus abszolút jeladó 6 db optokapu segítségével (1. ábra, Lichtschrankenpaar) határozza meg. A mérés azon alapul, hogy a külső tárcsán levő lyukak az optokapuk előtt elhaladva szabaddá teszik a fény útját és a bennük lévő fotodióda vezetővé válik. A kormánykerék 2,76 fordulatot tud elfordulni (mechanikusan lehatárolt), a jeladó pedig 1044 fokos tartományban mér. A belső tárcsán a furatok nem egyenletes osztásban helyezkednek el, az osztás 72 fokonként más. Erre azért van szükség, hogy a rendszer érzékelje, melyik szögtartományban dolgozik éppen a kormánygép. A belső, inkrementális tárcsa a kormánykerék szögsebesség meghatározására, illetve az abszolút szögjeladó ellenőrzésére szolgál.


A mért jeleket az optokapukkal egybeépített CAN-BUS vezérlő továbbítja a kormányoszlop elektronikus egységnek.



1. ábra A szögjeladó felépítése
Forrás: VWSSP


iDevice ikon 3.2 A nyomatékjeladó
Tevékenység:
  • Jegyezze meg hol helyezkedik el a nyomatékjeladó a kormánygépben!
  • Jegyezze meg, mi a nyomatékjeladó feladata!
  • Fogalmazza meg a nyomatékjeladó működési alapelvét, magyarázza el, mi a szerepe a sokpólusú mágnesnek és a furatos tárcsáknak!
A nyomatékjeladó a kormánygépben a kormányorsó és a fogaskerék közé van építve. Azt méri, hogy a vezető mekkora nyomatékot fejt ki a kormánykerékre. Egy Hall elemes érzékeny szögjeladó, amely a fogasléc előtti torziós rugó két vége közötti, nyomatékarányos szögelfordulást méri.



1. ábra Nyomatékjeladó a kormánygépben
Forrás: VWSSP

Lenkeingangswelle: behajtó tengely,
Lenkmomentgeber: nyomaték jeladó,
Lenkritzel: kormány-fogaskerék.
A torziós rugó felső részéhez egy sokpólusú körmágnes van kötve, alsó részéhez pedig két, a mágnes pólusszámával megegyező osztással rendelkező szegmentált acél gyűrű (/a ábra, Stator1 és Stator 2). A torziós rugó elfordulásának mértéke arányos a vezető által kifejtett nyomatékkal. Amikor nyomaték hatására a torziós rugó elcsavarodik, akkor a mágnesek elfordulnak az acél szegmensekhez képest, és az acélgyűrűk mágnesessége megváltozik. Ezt a változást méri a két HALL szenzor, amely az álló házhoz van kötve. Ez lehetővé teszi a forgó tengelyről való jel-levételt (bizonytalan) csúszógyűrű alkalmazása nélkül. A mérés biztonsága és pontossága érdekében van minden mérést végző elemből kettő.



3/a ábra A nyomatékjeladó felépítése
Forrás: VWSSP

Nyomaték jeladó felépítése:
Lenkeinganswelle: kormány behajtó tengely,
Ringmagnet: mágnesgyűrű,
Hall Sensoren: Hall jeladók,
Torsionstab: torziós rugó,
Staror1, Stator 2: szegmentált acélgyűrűk.
Lenkritzel: kormány-fogaskerék.



3/b ábra A nyomatékjeladó felépítése
Forrás: VWSSP

iDevice ikon 3.3 Állandó mágneses szinkron motor
Tevékenység:
  • Jegyezze meg, milyen motort alkalmaznak a kormányszerkezetben rásegítő motorként!
  • Jegyezze meg, i biztosítja a motor egyenletes járását!
A rásegítést végző gép egy 3 fázisú, kefe nélküli, állandó mágneses szinkronmotor, úgynevezett PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor: állandó mágneses szinkron motor)



4. ábra Az állandó mágneses 3 fázisú szinkron motor
Forrás: VWSSP

A forgórészen egy hatpólusú ritka földfémből készült mágnesgyűrű van a tengelyre húzva. Az állórész lemezelt vasmagján helyezkedik el a háromfázisú tekercs rendszer, amely kilenc tekercsből áll. A szinuszvezérlésű motor számára ez a páratlan tekercs-pólusszám nagyon finom forgatást és ellenállásmentes üresjáratot jelent. A nyugodt járást még a forgórész csavart mágnesezése is elősegíti. A motor fordulatszámát, szöghelyzetét egy rezolver méri.



5. ábra A rásegítő motor felépítése
Forrás: VWSSP
(A kép nagyobb változatát itt találja!)

A rásegítő motor felépítése:
Ritzel für Zahnriemen: fogaskerék a bordás szíjhoz,
Resolverstator: resolver tekercs,
Resolverrotor Lamellenpaket: resolver vasmag lemezek,
Lamellenpaket: motor vasmag lemezek,
Spulen: tekercsek,
Stator: állórész,
6-poliger Ringmagnet: 6 pólusú mágnesgyűrű,
Läufer: forgórész

A rezolver egy tízpólusú tekercseléssel rendelkező állórészből és egy vaslemezekből álló forgórészből áll generátoros szöghelyzet mérő, amely a motor elektronikus meghajtó számára bemeneti jelet képez.


iDevice ikon 3.4 A kormány informatikus egysége
Tevékenység:

jegyezze meg, hogyan szabályozza az informatikai egység a PMSM motor által előállított rásegítő nyomatékot, és mi alapján határozza meg a motor fordulatszámát!


A motor áramszabályozását az elektronikus egység végzi.


A szinkron motor működéséhez változó forgási sebességű mágneses tér szükséges. Ezt a mágneses teret az elektronikus szabályzó egység hozza létre időben szinuszosan változó jelalakú árammal.
Az áramszabályozás itt annyit jelent, hogy a rendszer a motor nyomatékát határozza meg, amely az árammal egyenesen arányos. A fordulatszám a kormánykerék fordulatszámának megfelelően alakul.

Az elektronikus egység ezen kívül kapcsolatot tart a BUS rendszeren a többi mechatronikai egységgel és ezek jeleit is figyelembe veszi a nyomaték szabályozásában.

Az elektronikus szabályzó a kormánygépre van szerelve.



6. ábra Az elelktromechanikus szervokormány központi szabályzó egysége.
Forrás: VWSSP

iDevice ikon Önellenőrző kérdések
1. Készítsen szabadkézi rajzot az optokapus szögjeladóról!
Magyarázza el, hogyan érzékeli a szöghelyzetet és a kormány fordulatszámát a jeladó!

2. Jelölje meg, mi a feladata a kormánynyomaték jeladónak!
Azt méri, hogy mekkora nyomaték szükséges a kormányzott kerekek elfordításához.
Azt méri, hogy a rásegítő motor mekkora nyomatékot fejt ki a kormánykerékre.
Azt méri, hogy a mekkora rásegítő nyomaték szükséges ahhoz, hogy a vezető el tudja fordítani a kormánykereket.
Azt méri, hogy a vezető mekkora nyomatékot fejtett ki a kormánykerékre.



iDevice ikon
3. Az alábbi ábra alapján magyarázza el a nyomaték-jeladó működését!



4. Jelölje meg, mi biztosítja a rásegítő motor nyugodt járását!
A forgórészen lévő mágnesek csavarszerű elhelyezése.
A 9 pólusú tekercsrendszer a motor állórészében.
A szinuszos vezérlés.
A rezolver.



5. Jelölje meg, hogyan szabályozza az informatikai egység a PMSM motor által előállított rásegítő nyomatékot!
A motor nyomatékát a fordulatszám változtatásával szabályozza.
A motor nyomatékát a motor áttételének változtatásával szabályozza.
A motor nyomatékát a motorra vezérelt áram változtatásával szabályozza.
A motor nyomatékát a motorra vezérelt árammal szinusz függvényének változtatásával szabályozza.



6. Jelölje meg, mi alapján határozza meg az informatikai egység a PMSM motor fordulatszámát!
A kormánykerék fordulatszáma alapján.
A belsőégésű motor fordulatszáma alapján.
A szükséges rásegítő nyomaték értéke alapján.
A vezető által a kormánykerékre kifejtett nyomaték alapján.